EP3293369B1 - Verkleidungselement für ein turbinenzwischengehäuse - Google Patents

Verkleidungselement für ein turbinenzwischengehäuse Download PDF

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EP3293369B1
EP3293369B1 EP17182051.7A EP17182051A EP3293369B1 EP 3293369 B1 EP3293369 B1 EP 3293369B1 EP 17182051 A EP17182051 A EP 17182051A EP 3293369 B1 EP3293369 B1 EP 3293369B1
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EP
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reinforcement
section
lining element
connection
reinforcement portion
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EP17182051.7A
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Thomas Flatscher
Alois Eichinger
Wolfgang Bickmeier
Manfred Feldmann
Daniel Kirchner
Johannes Geisler
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MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines AG
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Publication date
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    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24—Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
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    • F05D2220/30—Application in turbines
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    • F05D2220/323—Application in turbines in gas turbines for aircraft propulsion, e.g. jet engines
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    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/94—Functionality given by mechanical stress related aspects such as low cycle fatigue [LCF] of high cycle fatigue [HCF]
    • F05D2260/941—Functionality given by mechanical stress related aspects such as low cycle fatigue [LCF] of high cycle fatigue [HCF] particularly aimed at mechanical or thermal stress reduction
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    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/96—Preventing, counteracting or reducing vibration or noise

Definitions

  • the present invention relates to a cladding element of a duct carrying hot gas of a turbine center frame of a gas turbine according to claim 1.
  • Directional indications such as “axial” or “axial”, “radial” or “radial” and “circumferential” are to be understood as referring to the machine axis of the intermediate turbine housing or the gas turbine.
  • the term “turbine intermediate housing” includes housings that directly adjoin the housing of a turbine stage in the axial direction of the gas turbine, and are preferably arranged between two turbine stages, the gas turbine, depending on the design, having two or more turbine stages.
  • the term “turbine housing” thus also includes a so-called “turbine center frame”.
  • the provision of stiffening ribs on components, in particular cladding elements, of intermediate turbine housings or of gas turbines is known.
  • Known stiffening ribs generally run in the axial direction or in the circumferential direction.
  • the known stiffening ribs are coupled to edge sections of the respective component, so that the stiffening ribs generally run in the axial direction or in the circumferential direction along the entire component.
  • Such cladding components are from US 2005/0254939 A1 and the CN 105 756 726A known.
  • stiffening ribs can achieve a high level of rigidity in the components, but the connection of the stiffening ribs to the edge sections generates high thermally induced stresses on the component. Furthermore, the material requirements for such known stiffening ribs are high.
  • the central section has at least one first reinforcing section protruding away from the channel, which extends essentially in a straight line between an axially front end and an axially rear end, with a in the direction of at least one of the two axial ends from the channel protruding second reinforcing section is connected, which is inclined or curved relative to the straight course of the first reinforcing section, wherein the first reinforcing section and the second reinforcing section together form a reinforcing element, wherein the entire reinforcing element is arranged within the outer surface of the central section, such that the reinforcing element is at a distance from the lateral edge sections of the cladding element, from the first connection section and from the second connection section and with the connection sections and the lateral edge sections of the cladding gselements is not directly connected.
  • the first reinforcement section which runs essentially in a straight line between the axially front end and the axially rear end, thus has a main direction of extent with an axial directional component, that is to say a directional component that is oriented in the axial direction of the turbomachine.
  • the main direction of extent of the first reinforcement section preferably has no or only a smaller circumferential directional component than the axial directional component, that is to say a directional component in the circumferential direction of the turbomachine.
  • connection sections The arrangement of two reinforcement sections which together form the reinforcement element, the second reinforcement section being inclined or curved in relation to the first rectilinear reinforcement section, enables a material-saving design. Furthermore, the distances to the connection sections can prevent constraints, so that high thermally induced stresses can be avoided.
  • a free end of the first reinforcement section which is not connected to a second reinforcement section, can be designed to taper at least in the radial direction, such that the first reinforcement section merges essentially continuously into the outer surface of the central section. Forms the free end of the first reinforcement section thus a kind of seamless or flowing transition between the first reinforcement section and the outer surface of the central section.
  • the second reinforcement section can be designed essentially symmetrically with respect to the first reinforcement section connected to it, in particular in such a way that the first reinforcement section and the second reinforcement section form a Y-shaped reinforcement element.
  • the free ends of the second reinforcement section can in particular be oriented in such a way that they point in the direction of mounting points of the cladding element at which the cladding element is connected to other structures of the intermediate turbine housing or the gas turbine.
  • the symmetrical design, in particular in the manner of a Y, is also particularly suitable for optimally distributing acting forces and tensions.
  • the second reinforcement section can have two free ends which are designed to taper at least in the radial direction, such that the second reinforcement section merges essentially continuously into the outer surface of the central section.
  • the entire reinforcement element if it is formed, for example, by a first reinforcement section and a second reinforcement section, has three free ends which merge essentially seamlessly or smoothly into the outer surface of the central section.
  • the first reinforcement section can be arranged essentially centrally on the central section with respect to the circumferential direction.
  • the middle area of the central section is subject to the greatest deformations, in particular bending loads, as a result of pressure differences between the hot gas flowing in the ring channel and the secondary air system located outside the ring channel. Accordingly, this central area is preferably to be reinforced in order to counteract a radial bulging or bending of the central section.
  • the first connection section, the second connection section and the central section can be curved at least in the circumferential direction.
  • the curvature serves to adapt the cladding element with regard to the assembled state of an intermediate turbine housing.
  • several adjacent cladding elements form the cladding of the ring channel, so that it is advantageous if the individual cladding elements already have a corresponding curvature.
  • the reinforcing element is at a distance in the circumferential direction from lateral edge sections of the cladding element which protrude at least in the radial direction from the outer surface of the central section.
  • Such edge sections generally form the transition to an adjacent component in the circumferential direction, in particular an adjacent cladding element. If the reinforcement element is also at a distance from these edge sections, in addition to the distance from the first connection section and the second connection section, the entire reinforcement element is only provided in the area of the (outer) surface of the central section. As a result, the central section can be reinforced in the desired manner without thermally induced stresses being transferred to the edge sections or the two connection sections to a large extent.
  • a respective second reinforcement section can be arranged at each end of the first reinforcement section. This creates a kind of double Y or a kind of stick figure without a head with legs spread apart and arms stretched out.
  • the first reinforcement section is arranged centrally and the two second reinforcement sections each have two arms which extend away from the first reinforcement section.
  • the entire reinforcement element can be made in one piece with the central section of the cladding element. This can be achieved, for example, by a corresponding casting mold in which the reinforcing element is already taken into account.
  • the cladding element is preferably produced by means of a casting process. Alternatively, the component could also be produced entirely or partially by a generative process.
  • the reinforcement element can be applied to the outer surface of the central section by laser deposition welding.
  • the invention also relates to an intermediate turbine housing for a gas turbine, in particular an aircraft gas turbine, with an annular duct carrying hot gas, the annular duct having a plurality of cladding elements described above on the radially outward side.
  • the cladding elements can be arranged adjacent to one another in the circumferential direction.
  • the above-described cladding elements and cladding elements configured differently can also be used alternately in the circumferential direction.
  • a cladding element 10 of an intermediate turbine housing (not shown) is shown in a simplified and schematic perspective illustration.
  • the present example according to Fig. 1 shows a so-called inner duct panel, i.e. a cladding element which is designed to delimit the hot gas duct of the turbine intermediate housing radially on the inside.
  • Fig. 1 shows the surface of the cladding element facing away from the hot gas duct, which in the installed state points essentially radially inward to the machine axis of the gas turbine.
  • the cladding element 10 has a first, axially front connection section 12 and a second, axially rear connection section 14.
  • connection sections 12, 14 serve to connect the cladding element 10 to axially adjoining components of the intermediate turbine housing or an associated gas turbine.
  • a central section 16 extends along the axial direction AR between the first connection section 12 and the second connection section 14. In the circumferential direction UR, the central section 16 is delimited by edge sections 18.
  • the central section 16 has an outer surface 20.
  • the outer surface 20 is delimited in particular by the two edge sections 18, which protrude in the radial direction from the outer surface 20, and by the two connection sections 12, 14.
  • a reinforcing element 22 is provided so that the central section 16 is not severely deformed, in particular bulged or bent, by pressure differences between the hot gas flowing in the ring channel and the secondary air system located outside the ring channel.
  • the reinforcement element 22 comprises a first reinforcement portion 24 and a second reinforcement portion 26.
  • the reinforcing element 22 is arranged in a central or central region of the cladding element 10 or of the central section 16 in relation to the circumferential direction. It points the reinforcement element 22 is at a distance from the first connection section 12 as well as at a distance from the second connection section 14.
  • the cladding element 22 is also arranged at a distance from the edge sections 18. In other words, it can also be said that the reinforcement element 22 is arranged completely within the outer surface 20 of the central section 16. The reinforcement element 22 is therefore not in direct contact with the connection sections 12, 14 or the edge sections 18.
  • the first reinforcement section 24 extends along the axial direction along the outer surface 20 of the central section 16.
  • the first reinforcement section 24 has a free end 28. This free end 28 is designed to taper at least in the radial direction RR. In other words, the free end 28 of the first reinforcing section 24 has a wedge shape. This enables a seamless or flowing transition from the first reinforcing element 24 to the outer surface 20 of the central section 16.
  • the second reinforcement section 26 comprises two arms 30a and 30b which are arranged at an angle to the first reinforcement section 24.
  • the reinforcement element 22 thus has a type of Y-shape.
  • the second reinforcement section 26 has two free ends 32a, 32b. These free ends 32a, 32b are also designed to taper in the radial direction. This also enables a seamless or flowing transition to the outer surface 20 of the central section 16.
  • the reinforcement element 22 or its reinforcement sections 24, 26 protrude in the radial direction from the central section 16 or from the outer surface 20.
  • the reinforcement sections 24, 26 form a type of ribs which reinforce the central section 16 with respect to bending stresses.
  • All reinforcement sections 24, 26 have a respective upper surface 34 and side surfaces 36 extending from the upper surface in an inclined or curved manner to the outer surface 20 of the central portion 16.
  • the surface 34 has a maximum width B at each of the free ends 28, 32a, 32b. The maximum width is provided in the area of the transition from the corresponding reinforcement section 24, 26 to the outer surface 20.
  • the continuous transition from the outer surface to the reinforcement sections 24, 26 enables the central section 16 or the cladding element 10 to be easily manufactured by means of a casting process. Due to the continuous transition in the area of the free ends 28, 32a, 32b, the reinforcing element 22 is only formed within the outer surface 22 without direct contact with other, in particular structurally load-bearing components, such as the connection sections 12, 14 or the edge sections 18.
  • a somewhat differently designed cladding element 110 is shown, namely a so-called outer duct panel, that is, a cladding element which is designed to delimit the hot gas duct of the turbine intermediate housing radially on the outside.
  • Fig. 3 shows the surface of the cladding element facing away from the hot gas duct, which in the installed state essentially points radially outwards to the machine axis of the gas turbine.
  • the cladding element 110 also comprises a first, axially front connection section 112 and a second, axially rear connection section 114.
  • the central section 116 and the edge sections 118 are also visible.
  • a reinforcing element 122 is arranged in the central section 116.
  • This reinforcement element comprises a first reinforcement section 124 and two second reinforcement sections 126.
  • This reinforcement element 122 is also arranged within the outer surface 120 of the central section 116. It therefore has a respective distance from the connection sections 112 and 114 and from the edge sections 118.
  • the reinforcement element 122 is enlarged in FIG Fig. 4 shown.
  • the first reinforcement section 124 does not have a free end, but is connected to a second reinforcement section 126 on both sides.
  • the Indian Fig. 4 axially front (second) reinforcing section 126 has two substantially straight arms 130a and 130b with respective free ends 132a and 132b. The two arms 130a and 130b run inclined relative to the straight first reinforcing section 124.
  • the in Fig. 4 axially rearward (second) reinforcing portion 126 has two curved arms 130c and 130d. These arms 130c and 130d also have free ends 132c and 132d.
  • the above with reference to the Figs. 1 and 2 What has been said with regard to the tapering configurations of the free ends (wedge shape) also applies analogously to the free ends 132a, 132b, 132c, 132c.
  • the reinforcement element 122 also has an upper surface 134 and side surfaces 136 which run inclined or curved in relation to this and which merge into the outer surface 120 of the central section.
  • the cladding element with stiffening element presented here allows sufficient rigidity of the central section or of the cladding element to be achieved with little use of material. Furthermore, the thermally induced stress in the cladding element and in particular in the connection sections or the edge sections can be kept low because the reinforcement element is not directly connected to them.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verkleidungselement eines Heißgas führenden Kanals eines Turbinenzwischengehäuses einer Gasturbine gemäß Anspruch 1.
  • Richtungsangaben wie "Axial-" bzw. "axial", "Radial-" bzw. "radial" und "Umfangs-" sind grundsätzlich auf die Maschinenachse des Turbinenzwischengehäuses bzw. der Gasturbine bezogen zu verstehen.
  • Der Begriff "Turbinenzwischengehäuse" umfasst im Sinne der vorliegenden Erfindung Gehäuse, die in Axialrichtung der Gasturbine unmittelbar an das Gehäuse einer Turbinenstufe angrenzen, vorzugsweise zwischen zwei Turbinenstufen angeordnet sind, wobei die Gasturbine, je nach Bauweise, zwei oder mehr Turbinenstufen aufweisen kann. Insbesondere umfasst der Begriff "Turbinengehäuse" somit auch einen so genannten "Turbine Center Frame". Das Vorsehen von Versteifungsrippen an Bauteilen, insbesondere Verkleidungselementen, von Turbinenzwischengehäusen bzw. von Gasturbinen ist bekannt. Dabei verlaufen bekannte Versteifungsrippen in der Regel in Axialrichtung oder in Umfangsrichtung. Die bekannten Versteifungsrippen sind gekoppelt mit Randabschnitten des jeweiligen Bauteils, so dass die Versteifungsrippen in der Regel in Axialrichtung bzw. in Umfangsrichtung entlang dem gesamten Bauteil verlaufen. Derartige Verkleidungsbauteile sind aus der US 2005/0254939 A1 und der CN 105 756 726A bekannt.
  • Durch derartige Versteifungsrippen kann zwar eine hohe Steifigkeit der Bauteile erreicht werden, allerdings werden durch die Verbindung der Versteifungsrippen mit den Randabschnitten hohe thermisch induzierte Spannungen am Bauteil erzeugt. Ferner ist der Materialbedarf bei derartigen bekannten Versteifungsrippen hoch.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verkleidungselement für einen Ringkanal eines Turbinenzwischengehäuses bereitzustellen, bei dem mit geringem Materialeinsatz eine ausreichende Steifigkeit erreicht wird und thermisch induzierte Spannungen reduziert werden können.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, dass der Zentralabschnitt wenigstens einen in Richtung vom Kanal weg vorstehenden ersten Verstärkungsabschnitt aufweist, der zwischen einem axial vorderen Ende und ein axial hinteren Ende im Wesentlichen geradlinig verläuft, wobei sich an wenigstens einem der beiden axialen Enden ein in Richtung vom Kanal weg vorstehender zweiter Verstärkungsabschnitt anschließt, der relativ zum geradlinigen Verlauf des ersten Verstärkungsabschnitts geneigt oder gekrümmt verläuft, wobei der erste Verstärkungsabschnitt und der zweite Verstärkungsabschnitt gemeinsam ein Verstärkungselement bilden, wobei das gesamte Verstärkungselement innerhalb der Außenfläche des Zentralabschnitts angeordnet ist, derart dass das Verstärkungselement zu den seitlichen Randabschnitten des Verkleidungselements, zum ersten Anschlussabschnitt und zum zweiten Anschlussabschnitt einen Abstand aufweist und mit den Anschlussabschnitten und den seitlichen Randabschnitten des Verkleidungselements nicht direkt verbunden ist.
  • Der erste Verstärkungsabschnitt, welcher zwischen dem axial vorderen Ende und dem axial hinteren Ende im Wesentlichen geradlinig verläuft, weist somit eine Haupterstreckungsrichtung mit einer axialen Richtungskomponente auf, also einer Richtungskomponente, die in Axialrichtung der Strömungsmaschine orientiert ist. Vorzugsweise weist die Haupterstreckungsrichtung des ersten Verstärkungsabschnitts keine oder nur eine gegenüber der axialen Richtungskomponente geringere Umfangsrichtungskomponente, also Richtungskomponente in Umfangsrichtung der Strömungsmaschine, auf.
  • Das Anordnen von zwei Verstärkungsabschnitten, die gemeinsam das Verstärkungselement bilden, wobei der zweite Verstärkungsabschnitt geneigt oder gekrümmt zum ersten geradlinigen Verstärkungsabschnitt ausgebildet ist, ermöglicht eine Material sparende Ausgestaltung. Ferner können durch die Abstände zu den Anschlussabschnitten Zwänge verhindert werden, so dass hohe thermisch induzierte Spannungen vermieden werden können.
  • Ein freies Ende des ersten Verstärkungsabschnitts, das nicht mit einem zweiten Verstärkungsabschnitt verbunden ist, kann zumindest in Radialrichtung verjüngend ausgebildet sein, derart dass der erste Verstärkungsabschnitt im Wesentlichen kontinuierlich in die Außenfläche des Zentralabschnitts übergeht. Das freie Ende des ersten Verstärkungsabschnitts bildet somit eine Art nahtlosen oder fließenden Übergang zwischen dem ersten Verstärkungsabschnitt und der Außenfläche des Zentralabschnitts.
  • Der zweite Verstärkungsabschnitt kann bezogen auf den mit ihm verbundenen ersten Verstärkungsabschnitt im Wesentlichen symmetrisch ausgebildet sein, insbesondere derart, dass der erste Verstärkungsabschnitt und der zweite Verstärkungsabschnitt ein Y-förmiges Verstärkungselement bilden. Dabei können die freien Enden des zweiten Verstärkungsabschnitts insbesondere so ausgerichtet sein, dass sie in die Richtung von Lagerungspunkten des Verkleidungselements weisen, an denen das Verkleidungselement mit anderen Strukturen des Turbinenzwischengehäuses bzw. der Gasturbine verbunden ist. Die symmetrische Ausgestaltung, insbesondere in der Art eines Y, eignet sich auch besonders gut, wirkende Kräfte und Spannungen optimal zu verteilen.
  • Der zweite Verstärkungsabschnitt kann zwei freie Enden aufweisen, die zumindest in Radialrichtung verjüngend ausgebildet sind, derart dass der zweite Verstärkungsabschnitt im Wesentlichen kontinuierlich in die Außenfläche des Zentralabschnitts übergeht. Somit weist das gesamte Verstärkungselement, wenn es beispielsweise von einem ersten Verstärkungsabschnitt und von einem zweiten Verstärkungsabschnitt gebildet ist, drei freie Enden auf, die im Wesentlichen nahtlos oder fließend in die Außenfläche des Zentralabschnitts übergehen.
  • Der erste Verstärkungsabschnitt kann bezogen auf die Umfangsrichtung im Wesentlichen mittig am Zentralabschnitt angeordnet sein. Insbesondere der mittlere Bereich des Zentralabschnitts unterliegt den größten Verformungen, insbesondere Biegebeanspruchungen, durch Druckdifferenzen zwischen dem im Ringkanal strömenden Heißgas und dem außerhalb des Ringkanals befindlichen sekundären Luftsystems. Entsprechend ist dieser mittige Bereich bevorzugt zu verstärken, um einem radialen Ausbuchten bzw. Durchbiegen des Zentralabschnitts entgegenzuwirken.
  • Der erste Anschlussabschnitt, der zweite Anschlussabschnitt und der Zentralabschnitt können zumindest in Umfangsrichtung gekrümmt sein. Einerseits dient die Krümmung dazu, das Verkleidungselement im Hinblick auf den zusammengebauten Zustand eines Turbinenzwischengehäuses anzupassen. In der Regel bilden mehrere benachbarte Verkleidungselemente die Verkleidung des Ringkanals, so dass es vorteilhaft ist, wenn die einzelnen Verkleidungselemente bereits eine entsprechende Krümmung aufweisen.
  • Das Verstärkungselement weist in Umfangsrichtung einen Abstand zu seitlichen Randabschnitten des Verkleidungselements auf, die zumindest in Radialrichtung von der Außenfläche des Zentralabschnitts vorstehen. Solche Randabschnitte bilden in der Regel den Übergang zu einem in Umfangsrichtung benachbarten Bauteil, insbesondere einem benachbarten Verkleidungselement. Hat das Verstärkungselement auch zu diesen Randabschnitten einen Abstand, zusätzlich zu dem Abstand zum ersten Anschlussabschnitt und zum zweiten Anschlussabschnitt, ist das gesamte Verstärkungselement nur im Bereich der (Außen-)Fläche des Zentralabschnitts vorgesehen. Hierdurch kann der Zentralabschnitt in gewünschter Weise verstärkt werden, ohne dass thermisch induzierte Spannungen in starkem Maße auf die Randabschnitte oder die beiden Anschlussabschnitte übertragen werden.
  • An jedem Ende des ersten Verstärkungsabschnitts kann ein jeweiliger zweiter Verstärkungsabschnitt angeordnet sein. Hierdurch ergibt sich eine Art doppeltes Y oder eine Art Strichmännchen ohne Kopf mit gespreizten Beinen und hochgestreckten Armen. Dabei ist das erste Verstärkungsabschnitt zentral angeordnet und die beiden zweiten Verstärkungsabschnitte weisen jeweils zwei Arme auf, die sich vom ersten Verstärkungsabschnitt weg erstrecken.
  • Das gesamte Verstärkungselement kann einstückig mit dem Zentralabschnitt des Verkleidungselements ausgeführt sein. Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende Gussform erreicht werden, in der das Verstärkungselement bereits berücksichtigt ist. Vorzugsweise wird das Verkleidungselement mittels eines Gießverfahrens hergestellt. Alternativ könnte das Bauteil aber auch völlig oder teilweise durch ein generatives Verfahren erzeugt werden. So kann zum Beispiel das Verstärkungselement durch Laserauftragsschweißen auf der Außenoberfläche des Zentralabschnitts aufgebracht werden.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Turbinenzwischengehäuse für eine Gasturbine, insbesondere Fluggasturbine, mit einem Heißgas führenden Ringkanal, wobei der Ringkanal nach radial außen mehrere oben beschriebene Verkleidungselemente aufweist. Dabei können die Verkleidungselemente in Umfangsrichtung aneinander anschließend angeordnet sein. Alternativ können auch oben beschriebene Verkleidungselemente und anders ausgestaltete Verkleidungselemente abwechselnd in Umfangsrichtung eingesetzt werden.
  • Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren beispielhaft und nicht einschränkend beschrieben.
    • Fig. 1 zeigt in einer vereinfachten Perspektivdarstellung ein Verkleidungselement mit Verstärkungselement.
    • Fig. 2 zeigt das Verstärkungselement der Fig. 1 in vergrößerter Perspektivdarstellung.
    • Fig. 3 zeigt in einer vereinfachten Perspektivdarstellung ein weiteres Verkleidungselement mit einem anderen Verstärkungselement.
    • Fig. 4 zeigt das andere Verstärkungselement der Fig. 3 in vergrößerter Perspektivdarstellung.
  • In Fig. 1 ist in einer vereinfachten und schematischen Perspektivdarstellung ein Verkleidungselement 10 eines nicht weiter dargestellten Turbinenzwischengehäuses gezeigt. Das vorliegende Beispiel gemäß Fig. 1 zeigt dabei ein so genanntes Inner Duct Panel, also ein Verkleidungselement, welches dazu ausgelegt ist, den Heißgaskanal des Turbinenzwischengehäuses radial innen zu begrenzen. Fig. 1 zeigt die dem Heißgaskanal abgewandte Oberfläche des Verkleidungselements, welche im verbauten Zustand im Wesentlichen nach radial innen zur Maschinenachse der Gasturbine weist. Das Verkleidungselement 10 weist einen ersten, axial vorderen Anschlussabschnitt 12 und einen zweiten, axial hinteren Anschlussabschnitt 14 auf. Diese beiden Anschlussabschnitte 12, 14 dienen dazu, das Verkleidungselement 10 mit axial anschließenden Bauteilen des Turbinenzwischengehäuses bzw. einer zugehörigen Gasturbine zu verbinden. Entlang der Axialrichtung AR erstreckt sich zwischen dem ersten Anschlussabschnitt 12 und dem zweiten Anschlussabschnitt 14 ein Zentralabschnitt 16. In Umfangsrichtung UR ist der Zentralabschnitt 16 begrenzt von Randabschnitten 18. Der Zentralabschnitt 16 weist eine Außenfläche 20 auf. Die Außenfläche 20 wird insbesondere von den beiden Randabschnitten 18, die in Radialrichtung von der Außenfläche 20 vorstehen, und von den beiden Anschlussabschnitten 12, 14 begrenzt.
  • Damit der Zentralabschnitt 16 durch Druckdifferenzen zwischen dem im Ringkanal strömenden Heißgas und dem außerhalb des Ringkanals befindlichen sekundären Luftsystems nicht stark verformt, insbesondere ausgebuchtet oder durchgebogen wird, ist ein Verstärkungselement 22 vorgesehen. Das Verstärkungselement 22 umfasst einen ersten Verstärkungsabschnitt 24 und einen zweiten Verstärkungsabschnitt 26. Wie aus der Fig. 1 ersichtlich, ist das Verstärkungselement 22 bezogen auf die Umfangsrichtung in einem zentralen oder mittigen Bereich des Verkleidungselements 10 bzw. des Zentralabschnitts 16 angeordnet. Dabei weist das Verstärkungselement 22 sowohl einen Abstand zum ersten Anschlussabschnitt 12 als auch einen Abstand zum zweiten Anschlussabschnitt 14 auf. Ferner ist das Verkleidungselement 22 auch von den Randabschnitten 18 mit einem Abstand angeordnet. Anders ausgedrückt kann auch gesagt werden, dass das Verstärkungselement 22 vollständig innerhalb der Außenfläche 20 des Zentralabschnitts 16 angeordnet ist. Das Verstärkungselement 22 steht somit nicht unmittelbar in Kontakt mit den Anschlussabschnitten 12, 14 bzw. den Randabschnitten 18.
  • In Fig. 2 ist das Verstärkungselement 22 vergrößert dargestellt. Der erste Verstärkungsabschnitt 24 erstreckt sich entlang der Axialrichtung entlang der Außenfläche 20 des Zentralabschnitts 16. Der erste Verstärkungsabschnitt 24 weist ein freies Ende 28 auf. Dieses freie Ende 28 ist zumindest in Radialrichtung RR verjüngend ausgebildet. Anders ausgedrückt weist das freie Ende 28 des ersten Verstärkungsabschnitts 24 eine Keilform auf. Dies ermöglicht einen nahtlosen bzw. fließenden Übergang vom ersten Verstärkungselement 24 in die Außenfläche 20 des Zentralabschnitts 16.
  • Der zweite Verstärkungsabschnitt 26 umfasst zwei Arme 30a und 30b, die geneigt zum ersten Verstärkungsabschnitt 24 angeordnet sind. In der vorliegenden Ausführungsform weist das Verstärkungselement 22 somit ein Art Y-Form auf. Der zweite Verstärkungsabschnitt 26 weist zwei freie Enden 32a, 32b auf. Auch diese freien Enden 32a, 32b, sind in Radialrichtung verjüngend ausgebildet. Hierdurch wird ebenfalls ein nahtloser bzw. fließender Übergang zur Außenfläche 20 des Zentralabschnitts 16 ermöglicht. Das Verstärkungselement 22 bzw. dessen Verstärkungsabschnitte 24, 26 stehen in Radialrichtung vom Zentralabschnitt 16 bzw. von der Außenfläche 20 vor. Die Verstärkungsabschnitte 24, 26 bilden eine Art Rippen, die den Zentralabschnitt 16 bezüglich Biegebeanspruchungen verstärken. Alle Verstärkungsabschnitte 24, 26 weisen eine jeweilige obere Fläche 34 auf und von der oberen Fläche geneigt oder gekrümmt zur Außenfläche 20 des Zentralabschnitts 16 verlaufende Seitenflächen 36 auf. Die Fläche 34 weist an den jeweiligen freien Enden 28, 32a, 32b jeweils eine maximale Breite B auf. Dabei ist die maximale Breite insbesondere im Bereich des Übergangs vom entsprechenden Verstärkungsabschnitt 24, 26 zur Außenfläche 20 vorgesehen.
  • Der kontinuierliche Übergang von der Außenfläche in die Verstärkungsabschnitte 24, 26 ermöglicht eine einfache Herstellung des Zentralabschnitts 16 bzw. des Verkleidungselements 10 mittels eines Gussverfahrens. Durch den kontinuierlichen Übergang im Bereich der freien Enden 28, 32a, 32b wird das Verstärkungselement 22 nur innerhalb der Außenfläche 22 ausgebildet ohne direkten Kontakt zu anderen, insbesondere strukturell tragenden Bauteilen, wie etwa den Anschlussabschnitten 12, 14 oder den Randabschnitten 18.
  • In Fig. 3 ist ein etwas anders ausgebildetes Verkleidungselement 110 dargestellt, nämlich ein so genanntes Outer Duct Panel, also ein Verkleidungselement, welches dazu ausgelegt ist, den Heißgaskanal des Turbinenzwischengehäuses radial außen zu begrenzen. Fig. 3 zeigt die dem Heißgaskanal abgewandte Oberfläche des Verkleidungselements, welche im verbauten Zustand im Wesentlichen nach radial außen zur Maschinenachse der Gasturbine weist. Das Verkleidungselement 110 umfasst ebenfalls einen ersten, axial vorderen Anschlussabschnitt 112 und einen zweiten, axial hinteren Anschlussabschnitt 114. Ebenfalls ersichtlich sind der Zentralabschnitt 116 und die Randabschnitte 118. Im Zentralabschnitt 116 ist ein Verstärkungselement 122 angeordnet. Dieses Verstärkungselement umfasst einen ersten Verstärkungsabschnitt 124 und zwei zweite Verstärkungsabschnitte 126. Auch dieses Verstärkungselement 122 ist innerhalb der Außenfläche 120 des Zentralabschnitts 116 angeordnet. Es weist also zu den Anschlussabschnitten 112 und 114 sowie zu den Randabschnitten 118 einen jeweiligen Abstand auf.
  • Das Verstärkungselement 122 ist vergrößert in Fig. 4 dargestellt. Der erste Verstärkungsabschnitt 124 weist bei dieser Ausführungsform kein freies Ende auf, sondern ist beidseitig mit einem zweiten Verstärkungsabschnitt 126 verbunden. Der in der Fig. 4 axial vordere (zweite) Verstärkungsabschnitt 126 weist zwei im Wesentlichen geradlinige Arme 130a und 130b mit jeweiligen freien Enden 132a und 132b. Die beiden Arme 130a und 130b verlaufen relativ zum geradlinigen ersten Verstärkungsabschnitt 124 geneigt.
  • Der in Fig. 4 axial hintere (zweite) Verstärkungsabschnitt 126 weist zwei gekrümmte Arme 130c und 130d auf. Diese Arme 130c und 130d haben ebenfalls freie Enden 132c und 132d. Das oben unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 Gesagte hinsichtlich der verjüngenden Ausgestaltungen der freien Enden (Keilform) gilt in analoger Weise auch für die freien Enden 132a, 132b, 132c, 132c. Auch das Verstärkungselement 122 weist eine obere Fläche 134 und hierzu geneigt oder gekrümmt verlaufende Seitenflächen 136, die in die Außenfläche 120 des Zentralabschnitts übergehen.
  • Die in den Fig. 3 und 4 dargestellten, unterschiedlich ausgestalteten zweiten Verstärkungsabschnitte 126, der eine mit geradlinigen Armen 130a, 130b, der andere mit gekrümmten Armen 130c, 130d, könnten auch miteinander vertauscht werden. Ferner könnten auch zwei gleichartige zweite Verstärkungsabschnitte 126 mit dem ersten Verstärkungsabschnitt 124 verbunden sein. Schließlich ist es auch denkbar, dass anstelle des einen zweiten Verstärkungsabschnitts 26 mit geradlinigen Armen 30a, 30b in der Fig. 1 ein zweiter Verstärkungsabschnitt mit gekrümmten Armen (Fig. 4) ausgebildet ist. Hinsichtlich der Ausgestaltung des Verstärkungselements 22, 122 mit seinen Verstärkungsabschnitten 24, 124, 26, 126 können auch weitere, hier nicht beschriebene Möglichkeiten in Betracht kommen. Denkbar ist beispielsweise auch eine Kombination von Krümmung und geradlinigem Verlauf eines Armes. Bei allen Ausführungsformen, auch solchen, die hier nicht dargestellt sind, ist es vorteilhaft, wenn die freien Enden der Verstärkungsabschnitte verjüngend ausgebildet sind und nahtlos bzw. fließend in die Außenfläche des Zentralabschnitts übergehen. Ferner sollten auch weitere Ausgestaltungen eines Verstärkungselements mit einem jeweiligen Abstand zu den Anschlussabschnitten und den Randabschnitten des Verkleidungselements vorgesehen werden.
  • Durch das hier vorgestellte Verkleidungselement mit Versteifungselement kann bei geringem Materialeinsatz eine ausreichende Steifigkeit des Zentralabschnitts bzw. des Verkleidungselements erreicht werden. Ferner können die thermisch induzierten Spannung im Verkleidungselement und insbesondere in den Anschlussabschnitten bzw. den Randabschnitten gering gehalten werden, weil das Verstärkungselement nicht direkt mit diesen verbunden ist.
    • Bezugszeichenliste
    • 10, 110
    Verkleidungselement
    12, 112
    erster, axial vorderer Anschlussabschnitt
    14, 114
    zweiter, axial hinterer Anschlussabschnitt
    16, 116
    Zentralabschnitt
    18, 118
    Randabschnitt
    20, 120
    Außenfläche
    22, 122
    Verstärkungselement
    24, 124
    erster Verstärkungsabschnitt
    26, 126
    zweiter Verstärkungsabschnitt
    28
    freies Ende des ersten Verstärkungsabschnitts
    30a 30b, 130a, 130b, 130c, 130d
    Arme des zweiten Verstärkungsabschnitts
    32a, 32b, 132a, 132b, 132c, 132d
    freie Enden des zweiten Verstärkungsabschnitts
    34, 134
    ober Fläche
    36, 136
    Seitenfläche
    B
    Breite
    AR
    Axialrichtung
    RR
    Radialrichtung
    UR
    Umfangsrichtung

Claims (9)

  1. Verkleidungselement eines Heißgas führenden Kanals eines Turbinenzwischengehäuses einer Gasturbine, insbesondere Fluggasturbine, mit
    einem ersten, bezogen auf eine Maschinenachse der Gasturbine axial vorderen Anschlussabschnitt (12; 112),
    einem zweiten, axial hinteren Anschlussabschnitt (14; 114),
    einem Zentralabschnitt (16; 116), der mit dem ersten Anschlussabschnitt (12; 112) und dem zweiten Anschlussabschnitt (14; 114) verbunden ist und in Axialrichtung (AR) zwischen diesen angeordnet ist, wobei der Zentralabschnitt (16; 116) eine vom Kanal abgewandte Außenfläche (20; 120) aufweist, und
    wobei der erste Anschlussabschnitt (12; 112) mit axial vorderen Bauteilen des Turbinenzwischengehäuses bzw. der Gasturbine koppelbar ist und der zweite Anschlussabschnitt (14; 114) mit axial hinteren Bauteilen des Turbinenzwischengehäuses bzw. der Gasturbine koppelbar ist,
    wobei der Zentralabschnitt (16; 116) wenigstens einen in Richtung vom Kanal weg vorstehenden ersten Verstärkungsabschnitt (24; 124) aufweist, der zwischen einem axial vorderen Ende (28) und einem axial hinteren Ende im Wesentlichen geradlinig verläuft, wobei sich an wenigstens einem der beiden axialen Enden ein in Richtung vom Kanal weg vorstehender zweiter Verstärkungsabschnitt (26; 126) anschließt, der relativ zum geradlinigen Verlauf des ersten Verstärkungsabschnitts (24; 124) geneigt oder gekrümmt verläuft, wobei der erste Verstärkungsabschnitt (24; 124) und der zweite Verstärkungsabschnitt (26; 126) gemeinsam ein Verstärkungselement (22; 122) bilden, wobei
    das Verstärkungselement (22; 122) zum ersten Anschlussabschnitt (12; 112) und zum zweiten Anschlussabschnitt (14; 114) einen Abstand aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (22; 122) in Umfangsrichtung (UR) einen Abstand zu seitlichen Randabschnitten (18; 118) des Verkleidungselements (10; 110) aufweist, die zumindest in Radialrichtung (RR) von der Außenfläche (20; 120) des Zentralabschnitts (16; 116) vorstehen, so dass das gesamte Verstärkungselement (22; 122) innerhalb der Außenfläche (20; 120) des Zentralabschnitts (16; 116) angeordnet ist und mit den Anschlussabschnitten und den seitlichen Randabschnitten des Verkleidungselements nicht direkt verbunden ist.
  2. Verkleidungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein freies Ende (28) des ersten Verstärkungsabschnitts (24), das nicht mit einem zweiten Verstärkungsabschnitt (26) verbunden ist, zumindest in Radialrichtung (RR) verjüngend ausgebildet ist, derart dass der erste Verstärkungsabschnitt (24) im Wesentlichen kontinuierlich in die Außenfläche (20) des Zentralabschnitts (16) übergeht.
  3. Verkleidungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Verstärkungsabschnitt (26; 126) bezogen auf den mit ihm verbundenen ersten Verstärkungsabschnitt (24; 124) im Wesentlichen symmetrisch ausgebildet ist, insbesondere derart, dass der erste Verstärkungsabschnitt (24; 124) und der zweite Verstärkungsabschnitt (26; 126) ein Y-förmiges Verstärkungselement (22; 122) bilden.
  4. Verkleidungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Verstärkungsabschnitt (26; 126) zwei freie Enden (32a, 32b; 132a, 132b, 132c, 132d) aufweist, die zumindest in Radialrichtung (RR) verjüngend ausgebildet sind, derart dass der zweite Verstärkungsabschnitt (26; 126) im Wesentlichen kontinuierlich in die Außenfläche (20; 120) des Zentralabschnitts (16;116) übergeht.
  5. Verkleidungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verstärkungsabschnitt (24; 124) bezogen auf die Umfangsrichtung (UR) im Wesentlichen mittig am Zentralabschnitt (16; 116) angeordnet ist.
  6. Verkleidungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anschlussabschnitt (12; 112), der zweite Anschlussabschnitt (14; 114) und der Zentralabschnitt (16; 116) zumindest in Umfangsrichtung (UR) gekrümmt sind.
  7. Verkleidungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Ende des ersten Verstärkungsabschnitt (124) ein jeweiliger zweiter Verstärkungsabschnitt (126) angeordnet ist.
  8. Verkleidungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das gesamte Verstärkungselement (22; 122) einstückig mit dem Zentralabschnitt (16; 116) des Verkleidungselements (10; 110) ausgeführt ist.
  9. Turbinenzwischengehäuse für eine Gasturbine, insbesondere Fluggasturbine mit einem Heißgasführenden Ringkanal, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkanal mehrere Verkleidungselemente (10; 110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
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